利用X射线分析对树脂表面异物的检测、分析

简介

       分析产品中混入的或附着的异物是判明混入途径及故障原因的重要信息来源。X射线荧光分析仪(ED -XRF)对任何状态的样品不管是固体、液体或是粉末，都能提供快速、无损的元素分析，因而可以作为预筛选仪器使用。

ED-XRF

       根据ED-XRF元素分析的结果，能够确认存在Sn和Cu。但不存在和FP法简便定量分析结果一致的基底材料。为了具体分析该异物，下面利用SEM-EDS进行了EDS元素面分布。

SEM-EDS

       从SEM-EDS的背散射电子像中能够确认存在两种不同的颗粒。根据每种颗粒的EDS面分布图，判明小颗粒是Cu，大颗粒是Sn。

       ED-XRF能简便、快速地提供有关所含元素的信息，对判断异物很有帮助。对类似这样混合了两种以上元素的合金，利用SEM-EDS元素面分布便是异物分析的有效分析方法。多利用X射线萤光分析能够获得有关异物的元素种类、附着状态等信息，对判明异物附着的原因很有帮助。

简介

       合金中所添加元素的种类及浓度是决定材料特性的要素，尽管外观可能相同，但其种类或特性却有差异，合金分析在制造过程及质量管理中起着重要作用。

       X射线荧光光谱仪能提供快速、无损的元素分析，是合金分析的有效方法之一。下面显示两种分析结果：简便分析只需一触按钮就可获得，手动分析是在传统的人工设置条件下进行的。

各种标准样品的测试实例

铝合金(A5083)

不锈钢(SU S316)

铜合金(CDA642)

钛合金(TI16-2-4-2)

简介

       岩石、土壤、玻璃、陶瓷、焚烧灰等的主要组成成分是元素的氧化物。

       进行这些元素分析，对学术研究、材料的功能性和实用性评估非常重要。

       X射线荧光光谱仪能提供快速、无损的元素分析。下面显示两种分析结果:简便分析只需一触按钮就可获得，手动分析是在传统的人工设置条件下进行的。通过简便分析能快速地知道各元素的浓度量级，利用手动分析可以使分析精度更高。

       各种标准样品的测试实例

       钠玻璃(NIST1831)

       火山灰（安山岩）

       火成岩（橄榄石）

简介

       为了Z大限度地减少因产品缺陷造成的损失，必须在早期阶段查明原因，采取措施防止问题再次发生。X射线荧光分析仪( ED-XRF)对任何状态的样品，不管是固体、液体还是粉末，都能提供快速、无损的元素分析，可以作为早期查明原因的筛选仪器使用。

ED-XRF

       下图是因开裂发生漏水的黄铜管(用于冷却水系统)管路配件，我们利用ED-XRF对裂纹处进行了元素分析。

       根据元素分析结果发现Sn、Pb的含量是有差异的。由于裂纹部分的元素分布状态不同于正常部位，就利用EPMA进行了精密分析。

EPMA

       EPMA能确认元素的分布状态及组织结构的大小。

利用EPMA进行元素面分布，发现主要成分Cu和Zn的组织结构大小不同

总结

       ED-XRF能简便、快速地获得所含元素的信息。此外，根据这些元素信息还可以在早期阶段确定后续的精密分析方法。EPMA的元素面分布，能获得有关元素的分布状态及成份信息，有助于查明故障发生的原因。

序言

近年来，高密度聚乙烯（HDPE）消费后再回收使用的数量正稳步增长。例如，消费后塑料再回收利用协会 一项报告指出，2011年大约有 974,000,000英镑的HDPE被回收利用（1）。这样，作为一种绿色的、低成本的、可变成未经利用的HDPE替代物，在许多以HDPE为基本成分的产品中，可回收利用的HDPE已经成为一种重要的原材料，比如薄板、管子、装饰材料、电子护线管、瓶子等等。大多数回收利用的HDPE来源于瓶子，许多瓶子的盖子和瓶口都是由聚丙烯（PP）制成的，PP和HDPE具有非常类似的物理特性。因此，在消费后再回收利用的HDPE树脂中，PP是一种常见的污染物而且会不利地影响Z终产品的性能（例如，产品比较易碎且受到压力容易开裂）。为了维护产品的高质量，加工处理程序的监控以及控制回收 利用树脂中PP的含量是非常必要的。为了达到这个目的，一个可信赖的工具是傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR），PerkinElmer公司生产的Spectrum Two红外光谱仪易于使用，为测量可回收利用HDPE树脂中PP的含量提供了一种非常准确的方法。这篇应用报告为使用PerkinElmer Spectrum Two这台仪器的操作者提供了这种分析方法。

实验部分 

标准样品是由Advanced Blending Technologies公司提供 （见表1）。未经使用的HDPE小球样品首先与未经使用的 均聚物PP小球按照表1所示的比例进行干混（比例覆盖范围，3-12%，典型地回收利用HDPE树脂中PP的混入标准）， 然后通过一个3/4英寸的单螺旋实验室挤压机热熔复合。为了确保混合的均匀性，样品要重新干混然后额外被挤压两次保证混合样品总数三次通过挤压机。

表1. 四种不同混合比例的PE和PP的标准样品

PerkinElmer公司的Spectrum Two配置金刚石单次反射ATR被用来收集标准样品的谱图，光谱分辨率4cm-1，累计次数4次。只需将PP/HDPE树脂小球放置在金刚石晶体上，然后直接测试不需要任何进一步的样品处理。使用不同的小球，每种标准样品测试5-6次。使用PerkinElmer Spectrum Quant软件，利用标准样品的数据建立一个校准方法。（Spectrum Quant是一个非常强大的软件包，包括基于比尔定量的线性回归，允许使用峰面积、峰高、Z大峰高或者带有基线的峰比例。这个软件也可以进行二次和三次曲线拟合，但是不适合这个应用的分析。） 对于这个分析应用，将位于719cm^-1（归于亚甲基的摇摆振动）的PE吸收峰（黑色）与位于1376cm^-1（归于甲基的对称弯曲振动）的PP吸收峰（绿色）进行比例计算。具有代表性的光谱（叠加地）如图1所示，峰值比例用来建立校准曲线，如图2所示。

图1. 高密度基乙烯与聚丙烯的谱图对比

实验结果 

如图2所示，根据峰值比例计算PP的含量获得了很好的线性拟合曲线和指定值，回归相关系数接近0.999。标准预 测偏差（SEP）非常低，大约只有0.19%，表明这个计算模型非常稳健。对于任何一种定量分析，Z重要的一步就是模型的验证。在Spectrum Quant软件中可进行独立模型验证，表2给出了PP含量计算的验证结果。与校准曲线具有很好的线性拟合一样，验证结果中的残差值普遍比较低。

表2. PP含量计算的验证结果

图2. PP含量计算的校准模型

结论

PerkinElmer公司的Spectrum Two配备单次反射ATR附件 能够在数秒内收集到高质量的谱图，而且归功于先进的 设计和内置的算法，不需要进行样品前处理，非常方便操作使用。这些结果在数分钟内便可以快速的获得；整个分析过程中，Z耗时的部分是带有污染物的树脂标准样品的制备。总之，校准曲线表现出良好的线性和稳健性表明，对于可回收利用HDPE中PP含量的测试，Spectrum Two是 一个极好的快速筛选分析工具。值得注意的是，对于可回 收利用HPDE树脂中高浓度的PP含量测试，可能会需要二次校准。

参考文献 

1.American Chemistry Council, “2012 United States National Post-Consumer Plastics Bottle Recycling Report”, 2013, 14 P.